一种UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法技术

本发明专利技术公开了一种UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法，用于评定UPFC控制器间交互影响的强弱程度。其技术方案是：在稳态运行点对电力系统非线性系统状态方程泰勒级数展开，并保留二阶非线性项；进一步进行若当变换、规范型变换，计算非线性交互影响指标；在比较不同工况下非线性交互影响指标后，得出最终结论。本发明专利技术的UPFC控制器间交互影响分析方法，可以在直流电压控制器、交流电压控制器、潮流控制器不同状态(开环或闭环)下，对UPFC各控制器间交互影响强弱进行量化分析，为保证UPFC正常运行提供依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法，属于电力系统控制技术。
技术介绍
统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController，UPFC)通常是由两个电压源型换流器(VSC)组成的，它们共用一个直流电容，一侧通过耦合变压器并联到母线上，主要用来维持母线电压稳定，一侧通过耦合变压器串联到线路中，主要用来控制线路潮流，合理调节系统有功和无功的流动，提高线路的传输能力。目前，UPFC控制器主要采用的是基于同步旋转dq坐标系的控制方法。并联换流器的输出电流iE被分解为iEd和iEq两个分量，通过控制d轴分量iEd用来控制直流电容两侧的电压，通过控制q轴分量iEq用来控制并联换流器接入点的母线电压；串联换流器注入系统的电流iB被分解成iBd和iBq，线路传输的有功功率P由q轴分量iBq控制，线路传输的无功功率Q有d轴分量iBd控制。采用PI调节器的控制器比较常见，而采用神经网络、模糊控制等方案虽然在理论上有较好的控制效果，但由于缺乏实践的验证，在工程应用上比较少见。若UPFC控制器间存在较强的交互影响，将影响UPFC控制器的正常运行以及系统稳定性。规范型理论(NormalForm)，是一种非常强大的数学工具，广泛用于研究电力系统的模式交互分析、系统稳定域研究及其控制器设计。因此可以利用规范型理论评估UPFC控制器间的交互影响。规范型理论描述如下：
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法，依据电力系统的非线性方程，应用规范型理论，得到非线性交互指标，并进行UPFC控制器间交互影响的量化分析，可以用于定量分析UPFC控制器之间交互影响的强弱。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法，依据系统非线性状态方程，利用规范型理论，分别计算不同工况下含UPFC控制器的系统非线性交互影响指标，比较不同工况下系统非线性交互影响指标的大小，进而判断UPFC控制器间交互影响的强弱，具体包括如下步骤：(1)收集系统中发电机与励磁系统参数、输电线路参数和UPFC参数，计算当前工况下状态变量与代数变量的稳态值，得到当前工况下含UPFC控制器的系统非线性状态方程：x·=f(x)---(1)]]>其中：x＝[x1x2…xi…xn]，xi是系统的第i个状态变量，是x的一阶导数；f(x)＝[f1f2…fi…fn]，fi是f(x)中的第i个方程；(2)对含有UPFC控制器的系统非线性状态方程在稳态点进行泰勒级数展开，并保留到二阶非线性项，可以得到：x·=Ax+12xTH1xxTH2x...xTHnx---(2)]]>其中：A是系统非线性状态方程的雅克比矩阵，A中第i行第j列的元素为Hi是二阶偏导数的海森(Hessian)矩阵，Hi中第j行第k列的元素为xT是x的转置；计算A的特征值矩阵Λ＝[λ1λ2…λj…λn]，左特征向量V和右特征向量U，λj对应系统的第j个振荡模态；(3)假设存在x＝UY变换，将x＝UY带入式(2)进行若当(Jordan)变换，计算若当型系数y·j=λjyj+YTCjY=λjyj+Σk=1nΣl=1nCkljykyl---(3)]]>Cj=12Σi=1n(VjiT(UTHiU))---(4)]]>其中：Y是若当变量，Y＝[y1y2…yj…yn]T，是yj的一阶导数；YTCjY是中的二次项，Cj是YTCjY中的系数矩阵，Cj中第k行第l列的元素为VT是V的转置，是VT中第j行第i列的元素；(4)进行规范型变换，并计算规范型系数：Y＝z+h(z)(5)其中：z是规范型变量，z＝[z1z2…zj…zn]；h(z)是以n个矩阵为元素的向量，h(z)中第j个矩阵的第k行第l列的元素为(5)通过求解非线性优化问题获得z的初始值z0：ming(z0)＝z0+h(z0)-Y0(6)其中：Y0是Y的初始值；(6)评价当前工况下，系统的第j个振荡模态下的非线性交互影响指标index(j)：index(j)=|maxk,l(hkljzk0zl0)/zj0|---(7)]]>其中：zk0、zl0、zj0分别为zk、zl、zj的初始值；(7)针对不同工况重复步骤(1)～(6)，得到不同工况下系统的第j个振荡模态下的非线性交互影响指标；针对UPFC上某一个控制器，所有控制器(包含该控制器)均闭环得到的非线性交互影响指标与该控制器单独闭环(其他控制器开环)得到的非线性交互影响指标差值越小，则认为该控制器与其他控制器的交互影响越弱，反之越强。有益效果：本专利技术提供的UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法，可以评估UPFC各控制间交互影响的强弱，为协调设计UPFC上各控制器，改善控制器性能提供依据，进而避免令UPFC运行效果恶化的交互作用。附图说明图1为装有UPFC的四机两区域电力系统；图2为UPFC等效电路图；图3为定直流电压控制器的传递框图；图4为定交流电压控制器的传递框图；图5为定有功功率控制器的传递框图；图6为定无功功率控制器的传递框图；图7为工况4下各控制器的仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。一种UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法，依据系统非线性状态方程，利用规范型理论，分别计算不同工况下含UPFC控制器的系统非线性交互影响指标，比较不同工况下系统非线性交互影响指标的大小，进而判断UPFC控制器间交互影响的强弱，具体包括如下步骤：(1)收集系统中发电机与励磁系统参数、输电线路参数和UPFC参数，计算当前工况下状态变量与代数变量的稳态值，得到当前工况下含UPFC控制器的系统非线性状态方程：x·=f(x)---(1)]]>其中：x＝[x1x2…xi…xn]，xi是系统的第i个状态变量，是x的一阶导数；f(x)＝[f1f2…fi…fn]，fi是f(x)中的第i个方程；(2)对含有UPFC控制器的系统非线性状态方程在稳态点进行泰勒级数展开，并保留到二阶非线性项，可以得到：x·=Ax+12xTH1xxTH2x...xTHnx---(2)]]>其中：A是系统非线性状态方程的雅克比矩阵，A中第i行第j列的元素为Hi是二阶偏导数的海森(Hessian)矩阵，Hi中第j行第k列的元素为xT是x的转置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法，其特征在于：依据系统非线性状态方程，利用规范型理论，分别计算不同工况下含UPFC控制器的系统非线性交互影响指标，比较不同工况下系统非线性交互影响指标的大小，进而判断UPFC控制器间交互影响的强弱，具体包括如下步骤：(1)收集系统中发电机与励磁系统参数、输电线路参数和UPFC参数，计算当前工况下状态变量与代数变量的稳态值，得到当前工况下含UPFC控制器的系统非线性状态方程：x·=f(x)---(1)]]>其中：x＝[x1 x2 … xi … xn]，xi是系统的第i个状态变量，是x的一阶导数；f(x)＝[f1 f2 … fi … fi … fn]，fi是f(x)中的第i个方程；(2)对含有UPFC控制器的系统非线性状态方程在稳态点进行泰勒级数展开，并保留到二阶非线性项，可以得到：x·=Ax+12xTH1xxTH2x...xTHnx---(2)]]>其中：A是系统非线性状态方程的雅克比矩阵，A中第i行第j列的元素为Hi是二阶偏导数的海森矩阵，Hi中第j行第k列的元素为xT是x的转置；计算A的特征值矩阵Λ＝[λ1 λ2 … λj … λn]，左特征向量V和右特征向量U，λj对应系统的第j个振荡模态；(3)假设存在x＝UY变换，将x＝UY带入式(2)进行若当变换，计算若当型系数y·j=λjyj+YTCjY=λjyj+Σk=1nΣl=1nCkljykyl---(3)]]>Cj=12Σi=1n(VjiT(UTHiU))---(4)]]>其中：Y是若当变量，Y＝[y1 y2 … yj … yn]T，是yj的一阶导数；YTCjY是中的二次项，Cj是YTCjY中的系数矩阵，Cj中第k行第l列的元素为VT是V的转置，是VT中第j行第i列的元素；(4)进行规范型变换，并计算规范型系数：Y＝z+h(z)   (5)其中：z是规范型变量，z＝[z1 z2 … zj … zn]；h(z)是以n个矩阵为元素的向量，h(z)中第j个矩阵的第k行第l列的元素为(5)通过求解非线性优化问题获得z的初始值z0：min g(z0)＝z0+h(z0)‑Y0   (6)其中：Y0是Y的初始值；(6)评价当前工况下，系统的第j个振荡模态下的非线性交互影响指标index(j)：index(j)=|maxk,l(hkljzk0zl0)/zj0|---(7)]]>其中：zk0、zl0、zj0分别为zk、zl、zj的初始值；(7)针对不同工况重复步骤(1)～(6)，得到不同工况下系统的第j个振荡模态下的非线性交互影响指标；针对UPFC上某一个控制器，所有控制器均闭环得到的非线性交互影响指标与该控制器单独闭环得到的非线性交互影响指标差值越小，则认为该控制器与UPFC上其他控制器的交互影响越弱，反之越强。...

【技术特征摘要】
1.一种UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法，其特征在于：依据系统非线性状态
方程，利用规范型理论，分别计算不同工况下含UPFC控制器的系统非线性交互影响指标，比
较不同工况下系统非线性交互影响指标的大小，进而判断UPFC控制器间交互影响的强弱，
具体包括如下步骤：
(1)收集系统中发电机与励磁系统参数、输电线路参数和UPFC参数，计算当前工况下状
态变量与代数变量的稳态值，得到当前工况下含UPFC控制器的系统非线性状态方程：
x·=f(x)---(1)]]>其中：x＝[x1x2…xi…xn]，xi是系统的第i个状态变量，是x的一阶导数；f(x)＝
[f1f2…fi…fi…fn]，fi是f(x)中的第i个方程；
(2)对含有UPFC控制器的系统非线性状态方程在稳态点进行泰勒级数展开，并保留到
二阶非线性项，可以得到：
x·=Ax+12xTH1xxTH2x...xTHnx---(2)]]>其中：A是系统非线性状态方程的雅克比矩阵，A中第i行第j列的元素为Hi是二
阶偏导数的海森矩阵，Hi中第j行第k列的元素为xT是x的转置；
计算A的特征值矩阵Λ＝[λ1λ2…λj…λn]，左特征向量V和右特征向量U，λj对应系
统的第j个振荡模态；
(3)假设存在x＝UY变换，将x＝UY带入式(2)进行若当变换，计算若当型系数y·j=λjyj+YTCjY=λjyj+Σk=1nΣl=1nCkljykyl---(3)]]>Cj=12Σi=1n(VjiT(UTHiU))---(4)]]>其中：Y是若当变量，Y＝[y1y2…yj…yn]T，是yj的一阶导数；YTCjY是中的二次
项，Cj是YTCjY中的系数矩阵，Cj中第k行第l列的元素为VT是V的转置，是VT中第j行第i
列的元素；
(4)进行规范型变换，并计算规范型系数：
Y＝z+h(z)(5)
其中：z是规范型变量，z＝[z1z2…zj…zn]；h(z)是以n个矩阵为元素的向量，h(z)
中第j个矩阵的第k行第l列的元素为(5)通过求解非线性优化问题获得z的初始值z0：
ming(z0)＝z0+h(z0)-Y0(6)
其中：Y0是Y的初始值；
(6)评价当前工况下，系统的第j个振荡模态下的非线性交互影响指标index(j)：
index(j)=|maxk,l(hkljzk0zl0)/zj0|---(7)]]>其中：zk0、zl0、zj0分别为zk、zl、zj的初始值；
(7)针对不同工况重复步骤(1)～(6)，得到不同工况下系统的第j个振荡模态下的非线
性交互影响指标；针对UPFC上某一个控制器，所有控制器均闭环得到的非线性交互影响指
标与该控制器单独闭环得到的非线性交互影响指标差值越小，则认为该控制器与UPFC上其
他控制器的交互影响越弱，反之越强。
2.根据权利要求1所述的UPFC控制器间交互影响的规范型评估方法，其特征在于：在含
有一台UPFC和m台发电机的电力系统中，发电机采用三阶模型，励磁系统采用一阶模型，
UPFC控制器采用9阶模型；
第i台发电机的状态方程包括：
式(8)中的代数变量通过式(9)求得：
Vdi=XqiIqiVqi=Eqi′-Xdi′IdiPi=VdiIdi+VqiIqiEqi=Eqi′+...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛，罗建裕，苏田宇，陈中，任必兴，
申请(专利权)人：江苏省电力公司，东南大学，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32